Je leest:

Gewoon plastic, maar wel duurzaam

Gewoon plastic, maar wel duurzaam

Utrechtse nanokatalysator brengt nieuwe syntheseroute binnen handbereik

Auteur: | 20 februari 2012

Een vinding van Utrechtse chemici maakt het mogelijk om plastics zoals polyetheen (PE) en polypropeen (PP) uit biomassa te maken in plaats van uit aardolie. In het vakblad Science van deze week beschrijven hoogleraar Krijn de Jong en mede-onderzoekers een nieuwe katalysator voor de synthese van belangrijke bouwstenen voor de industriële chemie uit ‘groene’ grondstoffen.

De meeste plastics worden uit aardolie gemaakt.
Wikimedia Commons by Flcelloguy CC BY-SA 3.0

Aardolie. We rijden erop, vliegen ermee en maken er plastic van. Maar niet zonder problemen. Bij de verbranding van alles wat we van olie maken, brengen we extra kooldioxide in de atmosfeer. Daarmee stijgt de gemiddelde temperatuur en verandert het klimaat, dat lijdt weinig twijfel. En wat helemaal zeker is: het duurt niet lang meer en dan is alle olie op. Als het tegen zit nog voor het eind van deze eeuw.

Redenen genoeg om op zoek te gaan naar alternatieven. En dan het liefst duurzame alternatieven. Van natuurlijke, hernieuwbare oorsprong. Want een economie die niet olie- maar biogebaseerd is, kan veel langer vooruit. Zolang er maar voldoende groene grondstoffen voorhanden zijn. Zoals snoeiafval, de resten van mais- of graanproductie of speciaal voor dit doel gekweekte gewassen.

Gewassen zoals het snelgroeiende olifantsgras (Miscanthus) kunnen de biomassa leveren voor de duurzame economie van de toekomst.

Hoe mooi dat ook klinkt, de praktijk is weerbarstig. Als verduurzaming betekent dat op aardolie gebaseerde industriële processen volledig op de kop moeten en grote investeringen nodig zijn, dan zal er niet snel iets veranderen. Maar lukt het om redelijk geruisloos om te schakelen, dan kan de groene economie veel eerder een feit zijn.

Industrie verduurzamen

De recente vinding van Utrechtse chemici uit de groep van Krijn de Jong, hoogleraar anorganische chemie en katalyse, kan daarom een belangrijke doorbraak zijn. De chemici ontwikkelden een katalysator waarmee het mogelijk is een aantal cruciale uitgangsstoffen voor de chemische industrie uit biomassa te maken in plaats van uit aardolie. Daarmee wordt het mogelijk die industrie te verduurzamen terwijl de bestaande processen voor het grootste deel blijven bestaan. Processen voor de productie van kunststoffen, maar ook van organische oplosmiddelen, cosmetica, wasmiddelen en geneesmiddelen.

Structuurformule van propeen. Bij etheen zit op de plaats van de CH3 groep rechtsboven een enkele waterstof (H).
Wikimedia commons

Met de katalysator zijn moleculen als etheen en propeen te vervaardigen uit een mengsel van waterstof en koolmonoxide, een gasmengsel dat in de industrie bekend staat als syngas.

Er is de afgelopen jaren veel technologie ontwikkeld om biomassa om te zetten in syngas, onder andere door energieonderzoekscentrum ECN en de Universiteit Twente. Maar het ontbrak nog aan een haalbare methode om syngas om te zetten in etheen en propeen. De nieuwe katalysator brengt daar nu verandering in.

“De industrie kan met deze techniek bioplastics, bioverf en zelfs biomedicijnen maken”, stelt hoogleraar De Jong. “Ondanks het gebruik van biomassa als grondstof blijven de eigenschappen van deze producten precies hetzelfde. De bioplastics zijn niet te onderscheiden van gewone plastics.”

Kansrijk bioplastic

Er zijn al jaren allerlei ‘groene’ plastics op de markt. Zo kun je zetmeel – een natuurlijke grondstof – tot kunststof verwerken. Polymelkzuur is ook zo’n natuurlijke bouwsteen voor de productie van plastic. Alleen zijn de materialen met die groene moleculen vaak van mindere kwaliteit – of veel duurder – dan de plastics uit aardolie. Er zijn doorgaans ook compleet andere chemische processen voor nodig.

Met de nieuwe Utrechtse katalysator is het mogelijk om uit biomassa precies dezelfde polyetheen (PE) en polypropeen (PP) plastics te maken zoals die nu uit aardolie gemaakt worden. PE en PP zijn met afstand de meestgebruikte plastics. Je vindt ze in allerlei producten, uiteenlopend van boterhamzakjes tot speelgoed en auto-onderdelen.

Opname van de katalysator met een elektronen-microscoop. De donkere vlekjes zijn de kleine ijzerbolletjes met een afmeting van slechts circa 20 nanometer.
Universiteit Utrecht

Nano-ijzer op nano-koolstof

De nieuwe katalysator werkt dankzij ijzerdeeltjes van ongeveer 20 nanometer doorsnede. Promovenda Hirsa Torres slaagde er in de deeltjes voldoende klein te maken en te voorkomen dat ze aan elkaar zouden klonteren, waardoor de katalytische activiteit zou verminderen.

Ze bracht de minuscule ijzerdeeltjes aan op nanodraadjes van koolstof, een techniek waarmee de Utrechtse onderzoekers al de nodige ervaring hebben. Ook een bepaalde vorm van aluminiumoxide die industrieel al veel wordt toegepast, bleek een geschikt dragermateriaal.

In het Utrechtse laboratorium is inmiddels gebleken dat de katalysator onder realistische reactieomstandigheden (met name de hoge temperatuur is van belang) lang meegaat en goed presteert. De Utrechtse onderzoekers gaan nu in samenwerking met chemieconcern Dow Benelux de katalysator verder ontwikkelen.

Hoogleraar De Jong is optimistisch en denkt dat al binnen enkele jaren producten het daglicht kunnen zien die met de nieuwe katalysator gemaakt zijn. “Met het aankomende olietekort is het voor de industrie erg aantrekkelijk om over te kunnen stappen op een duurzame grondstof”, aldus De Jong. “Een groot voordeel hierbij is dat deze duurzame grondstof niet met de voedselvoorziening concurreert, aangezien alleen houtachtige biomassa wordt gebruikt, zoals takken, stengels van planten en snoeiafval.”

Niet persé groen. Misschien eerst wel zwart.

De nieuwe Utrechtse katalysator kan alleen van betekenis zijn voor de biobased economy als het gebruikte syngas uit biomassa afkomstig is. Maar syngas wordt nu vooral uit andere grondstoffen gemaakt. Uit steenkool bijvoorbeeld, en uit aardgas. De reserves van die fossiele grondstoffen zijn veel groter dan van aardolie. Het is daarom niet ondenkbaar dat de industrie de Utrechtse vinding (ook) gaat benutten om niet-duurzame plastics te maken.

Energievoorziening is het échte probleem – Het overgrote deel van de gewonnen aardolie dient als brandstof: voor (vracht)auto’s, vliegtuigen, schepen, elektriciteitscentrales en nog veel meer. Als het er om gaat de CO2-uitstoot te verminderen, of om schaarste te voorkomen, dan valt de allergrootste winst te behalen in het verduurzamen van elektriciteitsopwekking en transport. Dat kan op allerlei manieren, dankzij alternatieve energiebronnen als zon, wind en waterkracht. Via batterijen, waterstof en brandstofcellen is dan transport mogelijk. De alternatieven voor de vervaardiging van plastics en chemicaliën zijn beperkt, omdat die nou eenmaal koolstofatomen bevatten. En die haal je niet uit zon, wind en waterkracht. Wel uit biomassa.

Bron

  • Supported Iron Nanoparticles as Catalysts for Sustainable Production of Lower Olefins Hirsa M. Torres Galvis, Johannes H. Bitter, Chaitanya B. Khare, Matthijs Ruitenbeek, A. Iulian Dugulan, and Krijn P. de Jong. Science 17 February 2012: 835-838

Meer Kennislinkartikelen over biomassa en bioplastic

Oeps: Onbekende tag `feed’ met attributen {"url"=>"https://www.nemokennislink.nl/kernwoorden/biomassa/bioplastic/biokunststof/index.atom?m=of", “max”=>"10", “detail”=>"minder"}

Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 20 februari 2012

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.